Question

氫氣是一種清潔能源，又是合成氨工業(yè)的重要原料．已知?dú)錃庥卸喾N制取方法：
①活潑金屬（如鈉、鉀）直接跟水反應(yīng)；
②金屬（如鋅或鐵或鋁）跟稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)；
③電解水制氫氣；
④由煤或焦炭跟水反應(yīng)制取氫氣：C+H₂O（g） 

高溫  .

CO+H₂；
⑤由天然氣或重油制取氫氣：CH₄+H₂O（g） 

高溫    .

催化劑

 CO+3H₂；
（1）請(qǐng)你再補(bǔ)充一種制取氫氣的方法，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（2）比較方法①和⑤：

 

g金屬鈉跟水反應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L CH₄跟水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的量相等．
（3）在甲、乙、丙3個(gè)容積均為2L的密閉容器中，于相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進(jìn)行如下反應(yīng)：
3H₂（g）+N₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g）．現(xiàn)按不同配比投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
達(dá)到平衡的時(shí)間（min）	t1	5	8
N2的濃度（mol/L）	c1	1.5	c3
NH3的體積分?jǐn)?shù)	ω1	ω2	ω3
混合氣體密度（g/L）	ρ1	ρ2	ρ3

①分析表數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是

 

（填寫(xiě)序號(hào)字母）．
A．2c₁＞1.5mol/L     B．ω₃=ω₁    C．2ρ₁=ρ₂
②在該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（用含c₁的代數(shù)式表示）．
（4）已知：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；△H=+206.2kJ?mol-¹
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；△H=+247.4kJ?mol-¹
則甲烷和H₂O（g）反應(yīng)生成H₂和CO₂的熱化學(xué)方程式為

 

．
（5）如圖所示裝置工作時(shí)均與H₂有關(guān)．

①圖1所示裝置中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為

 

．
②圖2所示裝置中，通入H₂的管口是

 

（選填字母代號(hào)）．
③某同學(xué)按圖3所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將玻璃管內(nèi)固體物質(zhì)冷卻后，溶于稀硫酸，充分反應(yīng)后，滴加KSCN溶液，溶液不變紅，再滴入新制氯水，溶液變?yōu)榧t色．該同學(xué)據(jù)此得出結(jié)論：鐵與水蒸氣反應(yīng)生成FeO和H₂．該結(jié)論

 

（填“嚴(yán)密”或“不嚴(yán)密”），你的理由是

 

（用離子方程式表示）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,電解原理

專(zhuān)題：

分析：（1）根據(jù)生成氫氣的反應(yīng)書(shū)寫(xiě)；
（2）根據(jù)生成相同的氫氣進(jìn)行計(jì)算；
（3）①先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應(yīng)物氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識(shí)進(jìn)行分析；
②計(jì)算出反應(yīng)前氮?dú)狻�氫氣的物質(zhì)的量濃度，然后利用化學(xué)平衡三段式計(jì)算出達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度，最后根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該溫度下的平衡常數(shù)；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（5）①陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②根據(jù)氫氧根離子的移動(dòng)方向及氫氣的反應(yīng)判斷氫氣所在的電極；
③根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象知，溶液中沒(méi)有鐵離子，原因是部分鐵未被氧化，導(dǎo)致剩余的鐵和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子．

解答： 解：（1）結(jié)合以上生成氫氣的反應(yīng)，還可以利用鋁的兩性來(lái)生成氫氣，即反應(yīng)方程式為2Al+2 NaOH+2 H₂O=2 NaAlO₂+3 H₂↑，
故答案為：2Al+2 NaOH+2 H₂O=2 NaAlO₂+3 H₂↑；
（2）由反應(yīng)⑤標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L CH₄跟水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量為

11.2L

22.4L/mol

×3=1.5mol
又根據(jù)2Na+2 H₂O=2 NaOH+H₂↑，要生成1.5mol氫氣則需要鈉3mol，故需要鈉的質(zhì)量為3mol×23g/mol=69g，
故答案為：69；
（3）①恒溫、恒容條件下：
A．假設(shè)乙容器的容積為4L，則達(dá)到平衡時(shí)甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時(shí)氮?dú)獾臐舛葹閏₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動(dòng)，2c₁=1.5mol/L，由于壓強(qiáng)增大，平衡向著正向移動(dòng)，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故A正確；    
B．丙中2mol氨氣相當(dāng)于加入了1mol氮?dú)狻?mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，由于丙反應(yīng)物氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量減小，生成的氨氣的物質(zhì)的量減小，所以ω₃＜ω₁，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故C正確；
故選AC；
②甲容器中，反應(yīng)前氫氣濃度為：c（H₂）=

3mol

2L

=1.5mol/L，氮?dú)獾臐舛葹椋?span id="vvhntb7" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

2mol

2L

=1mol/L，達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛茸兓癁椋海?-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5        1          0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）   （1-c₁）     2（1-c₁）
反應(yīng)后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁）  2（1-c₁）
在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

(2-2c 1)2

c1?(3c 1-1.5) 3

，
故答案為：

(2-2c 1)2

c1?(3c 1-1.5) 3

；
（4）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
①×2-②得到CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ?mol^-1 ；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ?mol^-1；
（5）①陽(yáng)極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應(yīng)式為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
②氫氧燃料堿性電池中，氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，圖片中氫氧根離子向d電極移動(dòng)，說(shuō)明d電極上是氫氣，故答案為：d；
③鐵和水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象知，該反應(yīng)中部分鐵未參加反應(yīng)導(dǎo)致剩余的鐵和鐵離子反應(yīng)生成二價(jià)鐵離子，離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，所以說(shuō)不嚴(yán)密，故答案為：不嚴(yán)密； 2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的影響因素分析、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素判斷、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、電化學(xué)知識(shí)等知識(shí)，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算方法，能夠利用蓋斯定律求算反應(yīng)中的焓變，易錯(cuò)點(diǎn)是氫氧燃料電池中電極的判斷，明確溶液中離子的移動(dòng)方向是解此題的關(guān)鍵．